軟交換系統的應用與分析

王 昆，胡芳芳，傅星文

（92146 部隊，廣東 湛江 524000）

1 軟交換的發展

傳統電話網運用電路交換技術實現，依次經歷了人工交換、模擬自動交換以及數字程控交換3 個階段。20 世紀末期，隨著因特網的迅速發展，人類進入了網絡時代，IP 技術因其廉價、開放的特點在全球范圍得以應用。運用分組交換網絡提供傳統語音業務，使得傳統電話網受到強烈沖擊，在此背景下提出了下一代網絡的概念。

下一代網絡（Next Generation Network，NGN）指大量采用創新技術，以IP 技術為中心，同時可以支持話音、數據以及多媒體業務的網絡體系。各類通信網將按NGN 框架在接入層、傳送層、控制層以及業務層等層面進行融合。從傳輸網的角度來看，NGN是以自動交換光網絡為核心的智能全光網絡。從計算機網絡的角度來看，NGN 是以高寬帶和互聯網協議第6 版（Internet Protocol Version 6，IPV6）為代表的下一代互聯網。從移動網的角度來看，不同時期的NGN 分別是4G、5G、6G。從電信交換網的角度來看，NGN 是以軟交換、IP 多媒體系統(IP Multimedia Subsystem，IMS)為核心的下一代交換網[1]。

軟交換是實現NGN 的最初方案，其來源于IP 的語音傳輸（Voice over Internet Protocol，VoIP）技術。通過在電話網和因特網之間引入一個網關設備，負責實現2 個不同網絡之間的呼叫控制、語音格式的轉換，包括IP 地址與電話號碼的映射、呼叫的接續控制、電話網中的脈沖編碼調制（Pulse Code Modulation，PCM）語音與因特網中分組化話音之間的媒體格式化轉換等。

隨著VoIP 技術的進一步成熟，運營商開始推出IP 電話，其價格低廉，成為20 世紀90 年代廣泛應用的電話通信方式。隨著IP 電話業務的迅速增長，人們對IP 電話網關的功能要求不斷提高，網關設備的功能越來越復雜，電信級可靠性難以得到保障。網關設備逐漸成為網絡發展的瓶頸，于是人們提出了分解電話網關功能的思想，即將電話網關的呼叫控制功能和媒體轉換功能進行分離，這就是軟交換的來源[2]。

國際分組通信協會（International Packet Communications Consortium，IPCC）對軟交換的定義是提供呼叫控制功能的軟件實體，其思想是將呼叫控制功能和媒體承載功能分離，通過軟件實現基本呼叫控制功能。由于傳統的程控交換機將傳輸接口、呼叫控制、數字交換硬件以及業務與應用功能等全部集中到單個交換設備內，是一種垂直集成的單廠家專用封閉系統，無法適應快速變化的市場環境和多樣化的用戶需求，新業務的開發成本高、周期長[3]。軟交換概念的提出打破了傳統電話交換機封閉的交換結構，將傳統電話交換機的功能進行解耦。將傳輸、呼叫控制以及業務管理3 大功能進行分離，采取開放的接口和通用協議，形成一個開放的分布式系統結構。具體而言，使用現有的分組網代替程控交換中的數字交換網絡，實現分組化語音的傳輸和交換。將程控交換機中處理器的呼叫控制功能從交換機的軟件中獨立出來，將其升級為軟交換功能。同時，將業務系統與呼叫控制分離，實現控制和業務的功能分離。

軟交換提出后便被人們所接受，各國電信運營商將傳統的電路交換網陸續升級為軟交換網絡，軟交換在全世界范圍內得到大規模應用。從2003 年開始，我國通信行業就對軟交換的標準進行研究，逐步引入公網，在固定電話網和移動核心網中均采用軟交換技術，特別是在以語音業務為主的公用電話網和移動通信網中，可以實現電路交換向軟交換的平滑過渡。

2 軟交換的網絡結構

國 際 軟 交 換 協 會（International Softswitch Consortium，ISC）提出分層體系結構，從底向上依次為接入層、傳送層、控制層以及業務應用層。

2.1 接入層

接入層利用各種接入設備實現不同用戶的接入，并實現不同信息格式之間的轉換。接入層的設備均無呼叫控制功能，需要和控制層設備相配合才能完成所需的操作。接入層的設備主要有信令網關（Signaling Gateway，SG）、媒體網關（Media Gateway，MG）、綜合接入設備（Integrated Access Device，IAD）以及無線接入媒體網關（Wireless Access Gateway，WAG）。

SG 是跨接在7 號信令網和軟交換網之間的功能實體，其功能是完成7 號信令與IP 網絡中分組格式的轉換。

MG 負責將各種終端和網絡接入核心分組網絡，同時將一種媒體格式轉換成另一種媒體格式，例如將話音信號轉換為IP 包。MG 包括中繼網關（Trunk Gateway，TG）和接入網關（Access Gateway，AG）。TG 是跨接在公共交換電話網絡（Public Switched Telephone Network，PSTN）和軟交換網絡之間的功能實體，主要在軟交換設備的控制下實現時分多路復用（Time Division Multiplexing，TDM）語音和IP 分組語音之間媒體流格式的轉換。AG 主要是將用戶終端接入軟交換網絡，常用于電路側。

IAD 是適用于小企業和家庭用戶的接入產品，可以提供IP 電話和普通電話的接入。

WAG 用于將無線接入用戶連接至軟交換網[4]。

以上接入設備中，AG、TG 以及SG 共同完成了程控交換機業務接入功能模塊的功能，實現了普通PSTN 電話用戶的語音業務接入，并將語音信息適配為適合在NGN 網內傳送的IP 包。

2.2 傳輸層

傳輸層為軟交換網絡和各種信息提供一個統一的傳送平臺，主要由各種路由器、網絡交換機以及傳輸設備構成。傳輸層是軟交換網的承載網，其他各層的網元都直接掛接在該網絡上，由其進行統一的網絡路由和轉發功能。

2.3 控制層

控制層完成基本的呼叫控制、媒體接入控制、路由和資源管理等，主要設備有軟交換機。在軟交換機與其他網關、終端設備之間，通過信令交互完成呼叫控制等功能。

2.4 業務層

業務層在呼叫控制的基礎上為用戶提供各種額外的增值服務，如話單統計、計費等。該層主要設備包括應用服務器、數據庫服務器等。

3 軟交換的特點

相比傳統的封閉電信網絡，軟交換的分層業務結構主要有以下3 個特點。

（1）開放性。軟交換采用集中控制、分散接入的方式，可以根據用戶需求快速進行業務開設。軟交換采用開放接口和通用協議，其各組成模塊可由不同廠商生產，引入良性競爭。具體實踐中，用戶可以靈活選擇方案組合來構建網絡。

（2）擴展性。軟交換網絡允許用戶更加方便地進行擴容，并能根據需要選擇增值業務。

（3）靈活性。由于其可以滿足不同的終端類型的接入，使得業務應用具有較大的靈活性，根據實際規模、線路資源等情況進行施工，實現較大范圍的網絡覆蓋[5]。

4 傳統程控交換設備應用分析

程控交換機業務實現方式有3 種：一是連接近端用戶，通過總配線架連接至分線箱，再從分線箱通過音頻線連接至用戶話機；二是連接遠端用戶模塊，通過2M 線纜連接至遠端模塊后，再由音頻配線架連接至用戶；三是與其他局向的連接，通過2M 線纜連接數字配線架并接入光端機，完成出入局。程控交換設備連接如圖1 所示。

圖1 程控交換設備連接

采用電路交換原理的程控交換設備存在電路利用率低、電路接續時間較長、通信雙方必須完全兼容等缺點，實際應用中主要有以下問題。首先，設備使用時間較長，元器件老化，服務器、部分板件偶爾出現故障。備板庫存時間較長，無法確定板件狀態的好壞，自主測試存在困難。其次，由于廠家停保，不常見的故障無法獲得廠家的幫助。同型號的程控交換設備已經逐步退網，相關維護人員缺乏維護經驗，對維護要求較高。最后，與數字程控交換機配套使用的總配線架提供用戶線路接入，需要人工跳接，人工成本較高。配線模塊使用時間較長、損耗較大，模塊的更換、擴容或業務割接都難以實現。

通過開展相關業務培訓，可以強化技術人員對設備和網絡連接等內容的熟悉程度，便于日后維護。合理選擇設備廠家，解決售后服務和技術支持的問題。新業務的內容更加豐富，個人電話業務可定制，更好地滿足用戶的需求。

5 軟交換組網方案

5.1 設計需求

（1）與電路交換網的兼容。考慮到成本與資源規劃，電路交換網的改造不能一蹴而就，需要分階段進行。升級改造后的軟交換網絡既要能保證與其他軟交換網絡的相通，還要兼容已存在的程控交換網絡。為了防止業務割接導致中斷過長，可以考慮保留部分電纜，逐步實現終端的IP 化。

（2）網絡安全問題。一方面，確保網絡設備安全。使用2 臺軟交換機互為備份，正常情況下由主機控制運行，從機定時監控狀態，出現故障則立即擔負起主機工作。另一方面，確保終端設備的安全。數據中心可以對終端用戶進行鑒權和認證，與數據庫中信息一致時才能接入網絡，防止非法終端接入。

5.2 設備選擇

綜合實際業務需求，選擇華為公司生產的SOFTX3000 軟交換設備。其系統容量、系統處理能力、協議處理能力、話單處理能力以及可靠性等性能均能滿足原有需要，同時存在很大的擴展空間。該設備可以提供豐富的業務，適配多種接口。此外，SOFTX3000 軟交換設備一般配合UMG8900 使用。

5.3 組網方案設計

站內配置2 臺SOFTX3000 軟交換設備，分別作為主用和備用。通過UMG8900 實現信令網關和中繼網關的作用，接入其他局向的軟交換機或其他數字程控交換機。通過UA5000 用戶接入設備完成近端、遠端用戶電話的放置，可以是IP 電話，也可以是模擬用戶電話。使用N2000 網管系統與維護終端維護交換機，管理SOFTX3000、UMG8900、UA5000 以及承載網絡設備。具體組網方案如圖2 所示。

圖2 組網方案設計

6 結 論

將軟交換與傳統電路交換進行對比，結合現有知識，初步進行了替代方案的設計，為下一步替換傳統電路交換設備做好了準備。軟交換作為成熟的技術，能夠更好地為專用網絡中內部消息的傳遞提供高效、便捷的方式。